Електричний струм в металах | ряд напруг, що собою являє, таблиця

Будь-метал, так чи інакше, є провідником – це відомо зі шкільного курсу фізики. Але які процеси протікають всередині провідника, і чим це зумовлено поведінку електричного струму в металах, – саме це ми і розглянемо в цій статті.

Що таке провідність

Основою будь-якого твердого хімічного елемента є кристалічна решітка, що складається з атомів речовини, навколо яких обертаються пов’язані електрони. І, якщо решітка стабільна, то виникає питання: які частки створюють електричний струм в металах, а точніше – беруть участь в його перенесення? Крім атомів речовини з пов’язаними зарядженими частинками, міжатомна простір заповнений і вільними електронами. Саме ці заряджені частинки, при впливі на них електричного поля, починають рухатися певним чином, і забезпечують тим самим, протікання струму.

Важливо, що сумарний заряд всіх вільних електронів дорівнює сумарному заряду іонів, які знаходяться в вузлах решітки, але різниться за знаком (іони – позитивно заряджені, а електрони – негативно) – саме тому структура і стабільна. Якби не було цих самих вільних заряджених частинок, то кулонівських сили розірвали б кристалічну решітку. Однак електрони врівноважують дію цих сил, і вся «конструкція» залишається в спокої.

Чим більше таких вільних частинок присутні між атомами, тим сильніше провідність матеріалу. Наприклад, мідь проводить струм краще заліза саме через те, що в міжатомних просторі міді знаходиться дуже багато вільних зарядів, здатних проводити струм.

Електричний струм рухається по дротах зі швидкістю, наближеною до швидкості світла, хоча самі вільні заряджені частинки рухаються значно повільніше, і не залишають межі провідника. Це означає, що струм в металевих провідниках створюється електронами, які беруть участь в перенесенні заряду, але не «витрачаються» при цьому процесі. Таким чином, виходить, що електричний струм в металах є лише впорядкований рух заряджених частинок під дією поля, і не може накопичуватися в провіднику.

опір провідника

Абсолютно будь-який елемент, яким би проведеним він не був, має опір. При дії електричного поля на вільні заряджені частинки, вони починають рухатися, умовно кажучи, від плюса до мінуса. У процесі руху, електрони розсіюються на так званих неоднородностях решітки: дефектах, домішках і порушеннях будови. Це викликає нагрів провідника, і характеризується таким поняттям, як опір металів.

Чим більше електронів губиться по дорозі від початку провідника до його кінця, тим вище опір даної ділянки провідності. Крім фізичних характеристик самого матеріалу (питомого опору, що є довідковою величиною), з якого виготовлений провідник, на опір мають вплив форма, а також площа перерізу провідника.

Якщо ділянку провідності однорідний за складом, то його опір можна дізнатися, застосувавши формулу: R = p * l / S, де p – питомий опір матеріалу, l – довжина провідника, а S – площа перетину.

Питомий опір основних матеріалів, що використовуються в електротехніці, представлено нижче, в зведеній таблиці електричного опору металів:

Цікава особливість металевих провідників: при зменшенні температури, опір матеріалу падає, а при досягненні температур порядку декількох кельвінів – знижується практично до нуля. На цьому ефекті заснована явище надпровідності.

Електрохімічний ряд напруг металів

Крім опору, металеві провідники мають таку характеристику як електрохімічний потенціал. Якщо говорити просто, то це значення характеризує порівняльну активність речовини при протіканні реакцій окислення і відновлення в умовах водного розчину. Електричний ряд напруг металів був відомий ще середньовічним ученим-алхіміків, однак до сучасного вигляду його привів Алессандро Вольта в 1793 році. При конструюванні свого гальванічного стовпа, він встановив співвідношення активності відомих йому металів Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au, яке залежить від положення елемента в цьому ряду. Чим далі знаходяться елементи один від одного за списком, тим вище буде ступінь їх взаємодії.

Уже в 1798 році Йоганн Ріттер вказав на схожість ряду Вольта з рядом окислення металів (зменшення їх активності взаємодії з киснем). За його гіпотезою, в результаті протікання хімічної реакції виникає електрику. А ось його якісні показники як раз і залежать від того, які метали взаємодіють. Таким чином, було сформовано ряд напруг, який доповнювався знову відкриваються хімічними елементами:

На практиці електрохімічний ряд напруг металів використовується при підборі катода і анода для найбільш ефективного відновлення металу з розчину, або ж навпаки – найбільш активної взаємодії для отримання електроенергії.

Для більш детального вивчення питання, а також розуміння того, як рухається електричний струм в металах, радимо вам подивитися це відео:

Ссылка на основную публикацию